Chłodzenie mgłą emulsyjną przy skrawaniu metali

Od bardzo dawna w przemyśle maszynowym stosuje się ciecze chłodząco-smarujące (CCS), które pozwalają minimalizować opory skrawania oraz skutecznie odprowadzać ze strefy skrawania wytworzone ciepło. To wpływa korzystnie na stan warstwy wierzchniej i strukturę geometryczną powierzchni elementów maszyn. Obecne wymogi ochrony środowiska również mają duże znaczenie, ponieważ niezbędna jest konieczność stosowania CCS o jak najmniejszym stopniu szkodliwości dla człowieka i środowiska.

Do obróbki przy użyciu minimalnej ilości medium czynnego najbardziej nadają się emulsje ze względu na ich właściwości chłodzące (bazą jest woda), oraz oleje ze względu na właściwości smarujące. Medium czynne dostarcza się do miejsca obróbki za pomocą sprężonego powietrza, co pomaga w odtransportowaniu wiórów. Taka metoda nazywa się MQCL minimum quantity cooling-lubrication (minimalna ilość cieczy chłodzącosmarującej) i coraz częściej stosuje się w procesach obróbkowych, ponieważ zapewnia wyższe prędkości skrawania i trwałości narzędzia. Dzięki rezygnacji ze stosowania CCS w trybie zalewowym uzyskuje się znaczące obniżenie kosztów produkcyjnych, przy czym osiągane oszczędności kształtują się w przedziale 10÷50% dzięki wyeliminowaniu kosztów CCS, jej eksploatacji, utylizacji odpadów itp. Przy stosowaniu MQCL do strefy obróbki dostarcza się minimalną ilość CCS w postaci płynnej, wymieszanej ze sprężonym powietrzem. Podczas owego procesu medium czynnego zużywa się mniej niż 50 ml/h. Bardzo ważnym także jest fakt, że narzędzie, obrabiany materiał, jak i wióry pozostają suche.

Gładkość powierzchni sprawdzianem jakości obróbki
Jednym z podstawowych wskaźników skrawalności materiału obrabianego jest osiągalna chropowatość powierzchni obrobionej. Niżej przedstawiono wyniki badań chropowatości powierzchni przy toczeniu stali węglowej R35 (PN-89/H-84023/07). Stal ta ma następujące właściwości mechaniczne: twardość 125 HB, wytrzymałość doraźną Rr = 350 MPa, granicę plastyczności R0,2 = 235 MPa, wydłużenie względne A5 = 25%. Do przeprowadzenia badań wykorzystano tokarkę CU502. Narzędzie stanowił nóż tokarski z oprawką CSDBM2020M12 i płytką SNUN120408. Materiał płytki - węglik spiekany P25. Nóż ma kąt przystawienia głównej krawędzi skrawającej κr = 70°, kąt przystawienia pomocniczej krawędzi skrawającej κr' = 20°, kąt natarcia γ = -8°, promień naroża 0,8 mm. Medium czynne (CCS) w badaniach stanowiła emulsja OPORTET RG-2 o stężeniu 4%. Jako modyfikatorów do CCS użyto RC 9601 na bazie glikolu i METANOL-M na bazie związku węglowodorowego zawierającego fluor i siarkę. Do tworzenia mgły emulsyjnej użyto urządzenia posiadającego dysze regulacji przepływu powietrza oraz przepływu emulsji, które zostało połączone ze sprężarką. Ciśnienie robocze wytwarzane przez sprężarkę wynosiło 0,2 MPa. Badania zostały przeprowadzone przy stałej głębokości skrawania ap = 1 mm w zakresie następujących parametrów skrawania i przepływów składników MQCL: posuw f = 0,1 ÷ 0,5 [mm/obr]; prędkość skrawania Vc = 50 ÷ 450 [m/min]; przepływ emulsji E = 1,5 ÷ 3,5 [g/min]; przepływ powietrza P = 4,5 ÷ 6,5 [m3/h]. Pomiaru chropowatości dokonano na przyrządzie TR-200, zgodnie z normami ISO-3274:1997 i ISO 4287:1998. Badano następujące wskaźniki chropowatości: średnia arytmetyczna rzędnych profilu Ra, największa wysokość profilu Rz, średnia kwadratowa rzędnych profilu Rq. Na pierwszym etapie określono optymalne stężenie modyfikatorów RC 9601 oraz Metanol-M w mgle emulsyjnej. W tym celu wybrano średnie wartości dla wszystkich zmiennych parametrów obróbki, czyli Vc = 250 [m/min], f = 0,3 [mm/obr], P = 5,5 [m3/h] i E = 2,5 [g/min]. Na podstawie analizy zmian parametrów chropowatości Ra i Rq łatwo zauważyć, że najmniejsze wartości obydwu wskaźników chropowatości dla zastosowanych modyfikatorów zaobserwowano przy stężeniu ok. 5%.
Cały artykuł dostępny w numerze 3/2008 Magazynu Przemysłowego